专利名称：立体影像放映系统和方法
技术领域：
本发明涉及影像显示技术，特别是立体影像放映系统和方法。
背景技术：
人的左右眼视距和深度是不一样的，由此设计出以左右眼视差角度为基础的三维立体影像放映系统。为了让观众感觉到投射在屏幕的影像的层次，目前常用的放映系统有双机放映和单机放映两种方式。在双机放映方式中，两台放映机将左右眼的影像分别投射在银幕上一台放映机投射左眼影像，而另一台投射右眼影像。偏振片位于每台放映机镜头的前面(光路下游)， 以便使两台放映机投射出来的光束分别得到直交偏振处理。从放映机里投射出来的光束的偏振包括线偏振与圆偏振两种，其中，可以在每个线偏振片的前面(光路下游)再安置一片四分之一波片以获得圆偏振光。被安置在每个放映机前方的线偏振片和观众所配戴偏振眼镜上的线偏振片可由光学偏振胶片制成。双机放映方式的左右眼影像总透光率在理论上为 38%。这种双机放映系统的缺点在于，其要求使用两台放映机，而且可能由于双机放映的影像偏离其放映轴线而造成左右眼立体影像的错位，从而导致眼睛疲劳。在单机数字方式中，仅使用一台单机放映机放映左右眼立体影像。该单机放映机通过一套影像重放系统和同步控制器(IPS/SYNCH-C0N)对左右眼的影像进行同步控制和放映。观众配戴主动式立体眼镜观看立体影像。这种主动式立体眼镜包含两片液晶片，这两片液晶片类似于由电磁板驱动的电光快门。这套包括一台单机放映机和快门式液晶立体眼镜的同步系统使左眼只能看到左眼影像且右眼只能看到右眼影像。单机放映方式左右眼影像的总透光率理论上为15.8%。单机放映系统的缺点在于，主动式液晶立体眼镜的价格不菲，其价格取决于眼镜的尺寸大小和质量(与透光率和影像的观赏效果息息相关)； 而且，这种带有电子开关的液晶立体眼镜远不如普通的偏振片眼镜耐用；此外，液晶偏振立体结构的消光比通常只能达到100 1到150 1，因而会造成严重的窜影现象。因此，利用主动式立体眼镜的单机立体放映系统在实用性和经济性方面都缺乏优势，特别是在观众多、流量大时更是如此。
发明内容
本发明的实施例提供立体影像放映系统和方法，能够高质量低成本地实现立体影像放映。根据本发明的一个方面，提供一种立体影像放映系统，包括单个立体影像放映机，通过其放映口沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；偏振处理机构，其处于所述放映口的光路下游，并包括具有线偏振节段和过渡节段的线偏振片，所述线偏振片沿环形路线循环运动而使所述线偏振节段交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过所述放映口的光路下游并使所述过渡节段交替地沿所述第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿所述第二方向经过所述放映口的光路下游，所述初始影像穿过所述线偏振片之后交替地形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；左、右偏振镜片，分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振片包括，所述线偏振片沿环形路线旋转而使得所述线偏振节段和过渡节段交替地经过所述放映口的光路下游；优选地，所述过渡节段包括透明节段；和/或空白节段；和/或不透明节段；和/ 或黑色节段；和/或偏振过渡节段，其中所述偏振过渡节段的偏振方向垂直于所述线偏振节段的偏振方向。较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振节段的偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振片包括多个所述过渡节段；禾口/ 或所述线偏振节段的长度大于或等于或小于所述线偏振片的长度的一半。较佳地，在本发明的各实施例中，所述偏振处理机构包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述线偏振片的光路下游。根据本发明的另一方面，提供一种立体影像放映方法，包括以下步骤通过单个立体影像放映机沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振，以形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；以左、右偏振眼镜分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。较佳地，在本发明的各实施例中，所述立体影像放映方法进一步包括所述的对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振包括使线偏振节段循环运动而交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过放映光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过放映光路下游。较佳地，在本发明的各实施例中，在所述沿左眼偏振方向的偏振与所述沿右眼偏振方向的偏振之间的时段，对于所述初始影像进行非偏振过渡处理，且所述非偏振过渡处理包括使所述初始影像穿过透明的结构；和/或将所述初始影像完全遮挡。较佳地，在本发明的各实施例中，所述左眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度，所述右眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。较佳地，在本发明的各实施例中，所述立体影像放映方法进一步包括对于交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振之后的影像进行圆偏振处理。通过本发明的实施例提供的立体影像放映系统和方法，能够高质量低成本地实现立体影像放映。
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。图1是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映系统的结构示意图。图2是显示出根据本发明的一个实施例的偏振处理机构的示意图。图3是显示出根据本发明的另一实施例的偏振处理机构的示意图。图4a_4c是显示出根据本发明的实施例的偏振处理机构以及被动式偏振眼镜镜片中相应影像偏振方向的示意图。图5a_5g是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映系统的示意图，其中详细显示出经过环形偏振处理机构的线偏振片和透明或空白节段实现的偏振处理。图6a_6d是显示出根据本发明的实施例使影像光束在按左右眼轮流时序进行偏振处理的过程示意图。图7是显示出根据图6a_6d所示偏振处理过程实现的在偏振眼镜镜片中相应影像偏振方向的示意图。图8是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映系统的示意图，其中，包括立体影像放映机、偏振处理机构和用于实现圆偏振的1/4波片。图9a_9c是显示出根据本发明的实施例的圆偏振处理以及被动式圆偏振眼镜镜片中相应影像偏振方向的示意图。图10是显示出根据本发明的实施例的按左右眼时序重放和处理立体影像的过程的示意图。图Ila-Ilb是显示出根据本发明的实施例的对影像帧频的速度进行转换的过程以及在偏振眼镜镜片中相应影像偏振方向的示意图。图12a_12b是显示出根据本发明的实施例的偏振处理机构的示意图。图13是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映系统的示意图。图14是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映方法的示意图。
具体实施例方式以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例， 本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。根据本发明的一个方面，提供一种立体影像放映系统，包括单个立体影像放映机，通过其放映口沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；偏振处理机构，其处于所述放映口的光路下游，并包括具有线偏振节段和过渡节段的线偏振片，所述线偏振片沿环形路线循环运动而使所述线偏振节段交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过所述放映口的光路下游并使所述过渡节段交替地沿所述第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿所述第二方向经过所述放映口的光路下游，所述初始影像穿过所述线偏振片之后交替地形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；左、右偏振镜片，分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。这样，对于从立体影像放映机放映出的未偏振的初始影像，通过偏振处理机构处理为左、右眼偏振影像，左、右眼偏振影像通过偏振眼镜的左、右偏振镜片接收传送到左、右眼。其中，线偏振片沿环形路线循环运动，使得线偏振节段交替地沿第一方向经过放映光路下游而将初始影像处理为第一偏振影像(例如左眼偏振影像)和沿与相反的第二方向经过放映光路下游而将初始影像处理为第二偏振影像(例如右眼偏振影像)，即，线偏振节段沿第一方向经过时，穿过其中的偏振光形成第一偏振影像(例如左眼偏振影像)；线偏振节段沿第二方向经过时，穿过其中的偏振光形成第二偏振影像(例如右眼偏振影像)，由此通过线偏振节段的交替的反向运动，对初始影像处理而交替地形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像。同时，线偏振片中的过渡节段可用于在形成左眼偏振影像与形成右眼偏振影像的过程之间形成过渡期。然后，使用被动式偏振眼镜的左、右偏振镜片分别接收所述左、右眼偏振影像，并将其分别传送到左、右眼，使得左眼仅能看到左眼偏振影像且右眼仅能看到右眼偏振影像，从而实现对观众的立体图像放映。在图3所示的立体影像放映系统的实施例中，最佳地显示出一种偏振处理机构的示意图。其中可见，偏振处理机构114的线偏振片围绕上下两端的滚轴形成环形，并可沿环形路线循环运动，当线偏振节段沿第一方向(例如图3中所示在左侧竖直向上的方向)经过放映光路下游(即左侧放映机的前方)时，穿过其中的偏振光形成第一偏振影像(例如左眼偏振影像)；而当线偏振节段绕过上方的滚轴而转变为沿相反的第二方向(例如图3 中所示在右侧竖直向下的方向)经过放映光路下游时，运动方向变化180度，而线偏振节段中的偏振方向相应地变化为完全相反而与沿第一方向运动时的偏振方向成正交状态，则穿过其中的偏振光形成第二偏振影像(例如右眼偏振影像)。由此周而复始循环旋转，通过线偏振节段的交替的反向运动，对初始影像处理而交替形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像。在图2所示的立体影像放映系统的另一实施例中，其结构与图3所示类似，其不同之处在于，通过在上下两端的两个滚轴之间另外设置若干调节辊(图2中显示为四个)以将环形的线偏振片的左右两侧向中心压紧，使得线偏振片的环形路线中的相反方向的两段平行路径(例如图2中所示两段竖直路径)更加接近，从而使放映光束能够以更短距离穿过偏振片。应理解，虽然在图2和图3的实施例中显示出线偏振片沿顺时针方向旋转，不过实际上当然也可沿逆时针方向旋转。较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振片包括，所述线偏振片沿环形路线旋转而使得所述线偏振节段和过渡节段交替地经过所述放映口的光路下游；优选地，所述过渡节段包括透明节段；和/或空白节段；和/或不透明节段；和/ 或黑色节段；和/或偏振过渡节段，其中所述偏振过渡节段的偏振方向垂直于所述线偏振节段的偏振方向。
过渡节段通过与线偏振节段类似的方式交替地沿相反的第一方向和第二方向经过放映口光路下游，不过，过渡节段在经过放映口光路下游时可以实现在形成左眼偏振影像与形成右眼偏振影像之间的过渡期。过渡节段可以是透明节段或空白节段而允许放映光束直接穿过，也可以是黑色节段而阻挡放映光束穿过。过渡节段还可以是偏振过渡节段 (例如在图12中所示的辅助偏振胶片节段120)，其与线偏振节段具有垂直或正交的偏振方向，使得偏振过渡节段当在放映光路上与线偏振节段重叠时可完全阻挡放映光束穿过。 应理解，虽然在图12的实施例中显示出偏振过渡节段(所示为辅助偏振胶片节段120)是与线偏振节段117相邻设置，不过，根据需要，偏振过渡节段也可设置为与线偏振节段不相邻。在一个实施例中，根据需要可在线性偏振片中设置多个过渡节段。在如图5a_5g中所示的实施例中，显示出在线偏振片的一个旋转周期中线偏振节段(以实线表现)和透明或空白过渡节段(以虚线表现)在不同时段的位置状态在图5a对应的时段，线偏振片的前行端已经到达放映光束光路下游，并沿竖直向上的第一方向运动，此时经过放映光束光路下游的线偏振片部分可对放映光束进行沿第一偏振方向的偏振处理以形成第一偏振影像(例如左眼偏振影像)；在图5b对应的时段，线偏振片的前行端已到达上端滚轴，此时经过放映光束光路下游的线偏振片部分可对放映光束进行沿第一偏振方向的偏振处理以形成第一偏振影像 (例如左眼偏振影像)；在图5c对应的时段，线偏振片的前行端已绕过上端滚轴而转变为沿竖直向下的第二方向运动，此时线偏振片的末端即将离开放映光束光路下游而结束沿第一偏振方向的偏振处理；在图5d对应的时段，线偏振片的前行端再次到达放映光束光路下游，并沿竖直向下的第二方向运动，此时经过放映光束光路下游的线偏振片部分可对放映光束进行沿第二偏振方向的偏振处理以形成第二偏振影像(例如右眼偏振影像)；在图5e对应的时段，线偏振片的前行端已到达下端滚轴，此时经过放映光束光路下游的线偏振片部分可对放映光束进行沿第二偏振方向的偏振处理以形成第二偏振影像 (例如右眼偏振影像)；在图5f对应的时段，线偏振片的前行端已绕过下端滚轴而转变为沿竖直向上的第一方向运动，此时线偏振片的末端即将离开放映光束光路下游而结束沿第二偏振方向的偏振处理；在图5g对应的时段，线偏振片的前行端再次到达放映光束光路下游，并再次沿竖直向上的第一方向运动，此时经过放映光束光路下游的线偏振片部分可对放映光束进行沿第一偏振方向的偏振处理以形成第一偏振影像(例如左眼偏振影像)。如图5a_5g中所示，在图5g所示位置状态又回到图5a所示位置状态，由此完成了线偏振片的一个旋转周期。线偏振片这样周而复始旋转运动以通过交替改变运动方向而改变偏振方向(由于第一方向与第二方向平行相反，因而使相应偏振方向完全垂直或正交)， 以交替地形成第一和第二偏振影像(例如左、右眼偏振影像)；在形成第一和第二偏振影像之间的短暂时段(例如参见图5c和5f)，透明或空白的过渡节段的一部分经过放映光束光路下游而不进行偏振处理，即为过渡期。
较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振节段的偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。在如图6a_6d所示的实施例中，分别显示出左眼偏振时段、过渡时段、右眼偏振时段、过渡时段的情况。其中，在过渡时段没有偏振处理，而在图6a和6c所示的左、右眼偏振时段，线偏振节段的偏振方向与第一方向或第二方向成45度，从而使形成的左、右眼偏振影像完全垂直或正交。相应地，在图7所示的偏振眼镜103中，具有左眼偏振方向的左眼偏振镜片仅接收对应于图6a的左眼偏振影像，而具有右眼偏振方向的右眼偏振镜片仅接收对应于图6c的右眼偏振影像，由此分别将左、右眼偏振影像传送到左、右眼。在根据本发明的实施例的立体影像放映方案中，使线偏振节段的偏振方向与其运动方向(例如第一方向或第二方向)形成45度(或135度)的夹角，从而使得当线偏振节段从沿第一方向运动转变为沿相反的第二方向运动时，沿第一方向运动的线偏振节段针对放映光的原偏振方向与沿第二方向运动的线偏振节段针对放映光的新偏振方向形成正交(例如，在图4b所示的实施例中两个由双向箭头所示的偏振方向相互正交)。在这种情况下，线偏振节段所存在的平面内的偏振方向矢量(例如在图4b中由双向箭头所示)与平面转轴(在图4a、4b中平行于A-A’且垂直于偏振节段运动方向)成45度角。较佳地，在本发明的各实施例中，所述线偏振片包括多个所述过渡节段；禾Π/或所述线偏振节段的长度大于或等于或小于所述线偏振片的长度的一半。在图5a_5g所示的实施例中，线偏振节段的长度大致等于线偏振片的总长度的一半。不过，在一个实施例中，线偏振节段的长度可以小于线偏振片的总长度的一半，从而具有更长的过渡时段。而在另一实施例中，线偏振节段的长度可以大于线偏振片的总长度的一半，在这种情况下，优选地可采用前述的偏振过渡节段(例如在图12中所示的辅助偏振胶片节段120)以实现相应过渡时段。较佳地，在本发明的各实施例中，所述偏振处理机构包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述线偏振片的光路下游。这样，经过线偏振处理之后的放映光束还可以进一步通过四分之一波片进行圆偏振，从而实现圆偏振立体影像。例如，在图8所示的实施例中，四分之一波片119作为圆偏振片被设置在线偏振片的光路下游，穿过四分之一波片 119形成左、右眼圆偏振影像。在图9a和9b所示的实施例中，分别显示出形成左、右眼圆偏振影像的情况；而在图9c所示的偏振眼镜103中，具有左眼圆偏振方向的左眼偏振镜片仅接收对应于图9a的左眼圆偏振影像，而具有右眼圆偏振方向的右眼圆偏振镜片仅接收对应于图9b的右眼圆偏振影像，由此分别将左、右眼圆偏振影像传送到左、右眼。在图10和11所示的实施例中，显示出由单机数字立体影像放映机放映的影像在放映之前通过各种装置进行前期处理，这些装置可以包括影片播放器同步控制器110，帧频转换多路复用装置111，处理器/格式化/左右眼回放装置112，缓冲内存，等等，由此通过同步/播放、转频、前处理/格式化等步骤进行前期处理之后可通过单机数字立体影像放映机113放映。由单机数字立体影像放映机113放映的立体影像经过偏振处理后利用具有左右偏振镜片的偏振眼镜传送到观众的左右眼观看。图14是显示出根据本发明的实施例的立体影像放映方法的示意图。
根据本发明的另一方面，提供一种立体影像放映方法，包括以下步骤通过单个立体影像放映机沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振，以形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；以左、右偏振眼镜分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。较佳地，在本发明的各实施例中，所述立体影像放映方法进一步包括所述的对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振包括使线偏振节段循环运动而交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过放映光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过放映光路下游。较佳地，在本发明的各实施例中，在所述沿左眼偏振方向的偏振与所述沿右眼偏振方向的偏振之间的时段，对于所述初始影像进行非偏振过渡处理，且所述非偏振过渡处理包括使所述初始影像穿过透明的结构；和/或将所述初始影像完全遮挡。在非偏振过渡处理过程之后，放映光束影像不发生偏振变化，而是直接穿过或者完全被遮挡。在一个实施例中，“使所述初始影像穿过透明的结构”可通过前述的透明节段或空白节段(例如胶片节段)实现；而在另一实施例中“将所述初始影像完全遮挡”可通过前述全黑色节段(例如胶片节段)，也可通过前述的与线偏振节段具有垂直或正交偏振方向(即，相反的偏振方向) 的偏振过渡节段(例如图12中所示的辅助偏振胶片节段120)，其中偏振方向垂直或正交的线偏振节段和偏振过渡节段在放映光束光路上重叠以实现光束完全遮挡。应理解，在非偏振过渡处理过程中，用于实现非偏振过渡处理的各方式和结构可根据需要选择和任意组
I=I O较佳地，在本发明的各实施例中，所述左眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度，所述右眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。较佳地，在本发明的各实施例中，所述立体影像放映方法进一步包括对于交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振之后的影像进行圆偏振处理。通过本发明提供的所述方法，可以调整在左眼影像与右眼影像之间的过渡期的长度(优选地，过渡期越短越好)。在一个实施例中，在过渡期的长度和亮度之间进行平衡。 在优选实施例中，可通过调整线偏振节段的长度和性质或运动速度而实现对过渡期的长度和亮度之间平衡的控制，这也是本发明的创新点之一。通过本发明的实施例提供的立体影像放映系统和方法，能够高质量低成本地实现立体影像放映。以下结合
本发明各实施例的方案。根据本发明的实施例的立体影像放映系统可包括一台单机数字立体影像放映机、一套偏振处理机构、一套用于驱动和控制偏振处理机构的机械系统、被动式偏振眼镜、 一块偏振光专用立体银幕和一套数字影像处理系统。(1)从单机立体影像放映机113(例如在图1中所示)中的单片空间光调节器或多片空间光调节器里放映出来的非偏振光束穿过偏振处理机构114(例如在图2、3中所示) 前的放映窗口 AP-AP'，并得到了线偏振处理后的光。如果圆偏振更适合立体影像放映系统，则将四分之一波片119 (例如在图8中所示)安置在偏振处理机构114的线偏振片的光路下游，以将线偏振转换成圆偏振。(2)偏振处理机构114的线偏振片至少包含一段线偏振胶片节段117、和一段透明胶片或者无胶片空白节段118(例如在图3、5、12中所示)。上述的线偏振胶片节段可附加一段与其偏振方向完全正交的偏振过渡节段或者辅助偏振胶片节段120 (如图12中所示)， 辅助偏振胶片节段120也可以是一段用于阻挡光线的黑色胶片节段，或是与线偏振胶片节段117偏振方向相同的胶片。不用避免两层胶片在光路上重叠，而是可以利用重叠区间/时间，作对过渡期特征的调整。过渡偏振的长度影响过渡期长短和透光性质。比如如果过渡期为同一个偏振带，反转后为正交偏振，因此过渡期为透明(光路瞬时通透部分，造成重影)加不透明(光路瞬时遮挡部分)。另外，由于放映系统在时域上轮流播放左右眼，而左右眼图像切换时一般可以设置一个屏蔽时间。同理，如果偏振带不仅可以简单延长或缩短(其实是相对于环带的总长度的一半而言)而改变过渡期特征，也可以通过改变延长部分的偏振方向(即，增加长度为已有偏振带的正交偏振)。设置正交偏光线方向完全相反的偏光片120的作用为此。图2和3为实用时两种不同设计方案，图2减少光路通过两层偏振的距离，图3机械设计简单，但为缩小偏振距离，轴径小，转速要求高。(3)偏振处理结构114的线偏振片采用环状构形，如图2、3、4、5、6、8、12中所示)。(4)偏振处理机构114的线偏振片由机械系统115驱动以循环式旋转。机械系统 115包括一台在特定阶段能以特定频率进行持续转动的发动机116。偏振处理机构114的线偏振片有特定的旋转频率，如48赫兹(1/48秒)或72赫兹(1/72秒)。(5)偏振处理机构114将从单机立体影像放映机113里的单片空间光调节器或多片空间光调节器中放映出来的非偏振光束进行线偏振处理，同时光束的偏振方向也会在两种线方向不同的正交偏振状态下(正偏振和负偏振)进行左右眼时序性切换。这种时序性偏振切换的理想时段和频率分别为1/96秒、1/144秒(或96赫兹、144赫兹)，因为这个切换时间和频率是由偏振处理机构114的线偏振片的机械运动所决定。如图4中所示，正偏振束只能在左眼线偏振方向和右眼线偏振方向之间取其一，负偏振束也只能如此。如果正偏振束被用于左眼影像，如图4中偏振立体眼镜103所示，则正偏振束方向与左眼线偏振的方向一致，同时负偏振束方向与右眼线偏振方向一致。(6)在光束穿过偏振处理机构114的放映窗ap-ap'时，为了能在两种正交偏振方向间进行持续的切换，线偏振节段117的偏振方向相对于其运动方向(如前述第一方向或第二方向)倾斜45度，平面转轴平行于A-A'而且垂直于放映系统中的光轴线OA并与其处于同一平面上，如图4a-b所示。偏振眼镜103偏振轴的设定方式是使偏振眼镜镜片的偏振方向与偏振处理机构114上的线偏振节段117的偏振方向一致。(7)为了使从单机放映机中放射出来的非偏振光束转化成左右眼时序的正偏振和负偏振，线偏振节段117会通过循环旋转运动不断变换其自身位置，如从线B-B'到 F-F'(如图2所示)。在偏振轴的直交性和环状偏振处理机构114的线偏振片的旋转运动的作用下，环状线偏振片每旋转一圈，线偏振节段117经过放映窗口 AP-AP'时，偏振光束就会按左右眼的时序切换一次(如图7所示)。(8)环状线偏振片旋转的理想时间段和特定频率为1/48秒，1/72秒(或48赫兹，
1172赫兹)。按左右眼时序进行偏振切换的理想时间段和频率为1/96秒，1/144秒(或96赫兹，144赫兹)。图6，7，9所示。(9)偏振处理机构114位于单机立体影像放映机113之前，线偏振片由机械系统115驱动循环运动。该机械系统包括电机116，用于在单机立体影像放映机113向偏振玻璃窗AP-AP ‘发射光束时进行线偏振节段117和偏振玻璃窗AP-AP ‘间的定位。线偏振节段117将光束进行偏振处理成正偏振或负偏振。机械系统115带动环状结构进行旋转，同时这个机械系统还能使单机立体影像放映机113发射出来的光束按照特定的时间段进行偏振处理。在这特定的时间段后线偏振片117的位置正好在将来自单机立体影像放映机113的光束被偏振成另一种直交状态(正偏振或负偏振)的过程中。机械系统115按照特定的频率对线偏振片117不断地进行重复定位。因此，单机立体影像放映机113投影出来的光束就被时序地转换成正偏振，负偏振，正偏振，负偏振，依次循环。这种转换过程需要在特定的时间段和频率下才能完成，通常这些数值为1/96秒或1/144秒，对应的频率为96赫兹和144赫兹。也就是说，光束按照特定频率得到正负偏振转换，在具有偏振保留性能的屏幕(比如金属幕)102上产生了不同偏振向的立体影像100和101，观众通过偏振眼镜便可以看到立体影像。(10)本发明的立体影像放映系统和方法采用传统的偏振光学系统。因此，左右眼影像间的平均消光比至少在1000 1到2000 1之间，显著优于现有技术中采用液晶偏振立体结构的消光比100 1到150 1，从而可避免窜影现象。(11)本发明的左眼和右眼立体影像透光率为η e = 0. 45x0. 45x0. 85 = 17. 2% .其中，45%代表的是在左眼影像与右眼影像交替时影像空白时间段不高于10%情况下的占空比。在这种情况下，左右眼立体影像分离度较高。45%代表偏振光过滤透光率。85%为偏振眼镜透光率。与传统的液晶偏振结构11. 9%的立体影像透光率相比，本发明的立体影像透光率可达40%以上。此外，在本发明偏振处理机构中使用的是常见偏振胶片，其价格比液晶偏振立体结构的价格便宜很多。而且优于液晶偏振结构在长时间暴露于强光下时老化很快，因而本发明的偏振处理机构的使用寿命更长。由此可见，在需要使用高质量立体画面和高强度光源的情况下，本发明提供的立体影像放映系统大大优于液晶偏振立体结构。(17)本发明的方案中采用价廉耐用的被动式偏振立体眼镜，与现有技术的昂贵、易碎、并要求配装电池的主动式立体眼镜相比，更加经济、耐用、而且结构简单，特别是在在观众多(如电影院或十人以上的多功能厅)、观众流量大的情况下更为经济实用。(18)本发明的方案中只需要采用单机放映机，不同于现有技术的双机立体放映系统和方法，因而更经济。以下提供根据本发明的若干实施例以详细说明。在第一实施例中，根据本发明的立体影像放映系统可用于按左右眼时序将三维数字影像投映到银幕上，包括一台单机数字立体影像放映机，其中内含一套用以按时序输出左右眼立体影像的单个或多个数字影像光源(其中，既可使用多个实体光源，也可使用单个实体光源轮流显示红绿蓝三色)；一套置于单机立体影像放映机前(即，其光路下游)的偏振处理机构，用于将单机立体影像放映机放映出的光束转换成线正交偏振光或圆正交偏振光，以形成左右眼时序的立体影像，所述偏振处理机构通过按照特定的时间段和速度驱动的机械系统被驱动以循环运动，即沿环形路线旋转；和可选的一套数字影像处理装置，其中包括影像回放系统、同步控制器、帧频速度转换器/多路复用器和数据处理器/格式化装置，用于配合所述单机数字立体影像放映机使用。 偏振处理机构包括线偏振片。在一个示例中，线偏振片可包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，和一段透明胶片或无胶片空白节段。在另一示例中，线偏振片可包含至少一段线偏振胶片节段，一段黑色胶片节段，和一段透明胶片或无胶片空白节段。优选地，线偏振胶片的偏振方向与第一方向或第二方向形成45度的夹偏振处理机构可为环状，即，线偏振片可沿其长度构成环形，并在机械系统的驱动下循环运动(旋转)，以使得构成线偏振片的各节段能够运动而轮流经过单机立体影像放映机之前(光路下游)。线偏振片在经过单机立体影像放映机之前(光路下游)时垂直于单机立体影像放映机光轴线而线性运动。由此，线偏振片通过在单机立体影像放映机前运动的方式将放映出的光束按左右眼轮换时序偏振而形成正、负偏振影像(例如左、右眼偏振影像)。机械系统以特定的时间段和速度驱动线偏振片连续旋转，并控制其旋转速度和定位，在此过程中，机械系统接收单机立体影像放映机发射的同步信号，以按照适合的时间段和速度驱动环形运动的线偏振片。优选地，为了实现圆偏振，可将四分之一波片置于线偏振片的光路下游处，从而将线偏振光转成圆偏振光。在第二实施例中，对第一实施例的方案进行改进，其中线偏振片由机械系统驱动进行圆周形旋转，且这种圆周形旋转有特定的时间段和速度，例如，单周旋转时间1/48秒(相应频率48赫兹)或1/72秒(相应频率72赫兹)。在第三实施例中，对第一实施例的方案进行改进，其中线偏振片包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，和一段透明胶片或无胶片空白节段，而且还包含至少一段与线偏振胶片节段具有正交偏振方向或相同偏振方向的辅助偏振胶片节段，由此，在左眼偏振影像和右眼偏振影像之间的过渡期，辅助偏振胶片与左或右眼偏振节段可在放映光路中重叠，从而可如光学快门那样阻挡放映光束，或者如两个偏振方向平行的偏振片那样允许放映光束穿过。在第四实施例中，对第一实施例的方案进行改进，其中线偏振片包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，一块全黑胶片节段，和一段透明胶片或无胶片空白节段。这样，在左眼偏振影像和右眼偏振影像之间的过渡期，全黑胶片节段在放映光学路径上犹如光学快门那样阻挡放映光束，以在左眼偏振影像与右眼偏振影像之间实现更佳消光率。在第五实施例中，对第一实施例的方案进行改进，数字影像处理装置包括影像回放系统和同步控制器，可用于取读按左右眼影像时序生成的帧幅数据，用于将回放的影像投射到空间光调节器(上述的数字图像光源)上和用于控制置于单机立体影像放映机前的环状线偏振片。在第六实施例中，对第一实施例的方案进行改进，数字影像处理装置包括帧频速度转换器和多路复用器，用于转换影像帧幅并将从上述影像回放系统和同步处理器中放映的按左右眼时序呈现的立体影像进行多路技术处理。在第七实施例中，作为对上述各个实施例的改进，数字影像处理系统包括影像回放系统、同步控制器、帧频速度转换器和多路复用器，以及数据处理器和格式化装置。帧频速度转换器和多路复用器将影像回放系统和同步控制器中的影像帧频速度调快，最好左右眼影像分别在48FPS(每秒帧数)以上，总的来说可将刷新率调节到96赫兹以上。数据处理器和格式化装置进行数据处理和格式化处理，空间光调节器在左眼影像和右眼影像的切换显示影像帧率达到96Hz以上。当偏振处理机构在左眼影像和右眼影像之间的过渡状态时，数据处理器和格式化装置会关闭空间光调制器的所有像素而显示空白影像。在各实施例中，从单机立体影像放映机放映的经过偏振处理机构偏振之后投射到立体专用银幕上的按时序偏振(实现线偏振或圆偏振)的左、右眼影像可与由观众佩戴的被动式偏振眼镜相结合，使观众能够看到按左右眼时序毫不干扰放映的偏振立体影像。在第八实施例中，对第七实施例的方案进行改进。其中，在一个示例中，线偏振片可包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，和一段透明胶片或无胶片空白节段；而在另一示例中，线偏振片可包含至少一段线偏振胶片节段，一段完全不透明的(例如黑色的)胶片节段，和一段透明胶片或无胶片空白节段。优选地，线偏振胶片的偏振方向与第一方向或第二方向形成45度的夹角。偏振处理机构可为环状，S卩，线偏振片可沿其长度构成环形，并在机械系统的驱动下循环运动(旋转)，以使得构成线偏振片的各节段能够运动而轮流经过单机立体影像放映机之前(光路下游)。机械系统以特定的时间段和速度驱动线偏振片连续旋转，并控制其旋转速度和定位，在此过程中，机械系统接收单机立体影像放映机发射的同步信号，以按照适合的时间段和速度来驱动环形运动的线偏振片。线偏振片在经过单机立体影像放映机之前(其光路下游)时垂直于单机立体影像放映机光轴线而线性运动。由此，线偏振片通过在单机立体影像放映机前运动的方式将放映出的光束按左右眼轮换时序偏振而形成正、负偏振影像(例如左、右眼偏振影像)。因此，偏振处理机构的线偏振形成P偏振和S偏振光束，形成左右眼偏振影像。机械系统驱动器可作为在一个特定时期和频率连续循环运动的偏振调制器。环状构形的线偏振片的速度和位置被机械系统驱动的环状偏振调制器的周期循环运动控制。为了实现圆偏振，可在线偏振的光路下游设置四分之一波片，将线偏振光转换成圆偏振光。在第九实施例中，对第七实施例的方案进行改进。其中线偏振片包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，和一段透明胶片或无胶片空白节段，而且还包含至少一段与线偏振胶片节段具有正交偏振方向或相同偏振方向的辅助偏振胶片节段，由此，在左眼偏振影像和右眼偏振影像之间的过渡期，辅助偏振胶片与左或右眼偏振节段可在放映光路中重叠，从而可如光学快门那样阻挡放映光束，或者如两个偏振方向平行的偏振片那样允许放映光束穿过。线偏振片包含至少一段线偏振胶片节段(包括左眼偏振节段或右眼偏振节段)，一块全黑胶片节段，和一段透明胶片或无胶片空白节段。这样，在左眼偏振影像和右眼偏振影像之间的过渡期，全黑的、正交的、平行的、透明的各种偏振胶片节段的不同组合可导致
14不同的过渡期长度、偏振方向、透光率，使系统的这些性能不同，可作为系统的不同配置。例如，可在放映光学路径上犹如光学快门那样阻挡放映光束，以在左眼偏振影像与右眼偏振影像之间实现更佳消光率。在各个实施例中，本发明提供的立体影像放映系统可认为是一台带有环状偏振结构的单机数字立体影像放映机，按时序将立体影像进行偏振处理后放映投射到银幕上观众可佩戴被动式偏振眼镜进行观看。本发明提供的这套系统可用于(但不限于)电影院，模拟厅，或其他大小规模的放映场所，如家庭影院。用途广泛，不拘一格。针对现有技术中存在的不足，本发明所提出的立体影像放映系统能够提供各种现有技术放映系统的优点，同时也能弥补其各自的不足，提供一种更经济的立体影像放映系统和能产生更高画面质量和立体效果的立体影像放映方法。本发明涉及一种立体数字影像投影系统。特别是一种将放映的影像按时序进行偏振处理后以立体影像形式投射到银幕上的须佩戴被动式偏振眼镜观看的立体影像放映系统。在一个实施例中，本发明提供的立体影像放映系统包括一架数字影像单机放映机、一套偏振处理机构、一套用于驱动和控制偏振处理机构的机械系统、被动式偏振眼镜、一块偏振影像专用立体银幕和一台数字影像处理装置。偏振处理机构对来自放映机的影像光束进行偏振处理。偏振处理机构包括形状类似于传送带一样的环形线偏振片，环形线偏振片至少包含一段线偏振胶片节段和一段透明胶片节段，或者一段线偏振胶片节段和一段无胶片空白节段。机械装置带动环状线偏振片做线性旋转，环状的线偏振片在单机放映机镜头前方通过后，沿环形路线旋转而转180度之后沿反向线性运动经过放映机镜头前方。由此，环状的线偏振片每旋转一圈，可将放映机发射出的未经处理的影像光束按时序先后处理成正偏振和副偏振的影像光束。驱动线偏振片旋转的机械系统驱动和控制偏振处理机构，按照立体影像放映机发射出的同步信号控制线偏振片的速度和定位。通过本发明提供的立体影像放映系统和方法，可在银幕上形成左右眼时序性的立体影像，观众带上被动式偏振眼镜即可观看。本发明的各实施例的方案有两个特点一是将单机立体影像放映机的普通影像处理成左、右眼立体影像的偏振处理机构，二是采用了偏振光分选方式，这种方案包括偏振处理机构、机械系统、用于观看立体影像被动式偏振眼镜、用于保证立体影像稳定的影像处理方式和装置等。本发明各实施例提供的立体影像放映系统采用了单机立体影像放映机和被动式偏振眼镜。与现有技术中较为昂贵、易损坏且由电池带动的主动式眼镜相比，被动式偏振眼镜不仅价廉而且耐用。因此，本发明各实施例提供的立体影像放映系统特别是在观众席位多的电影大厅，十人以上的多功能厅或者人流量大的放映场所而言是一个更可行、更经济的选择。与现有技术的双机立体影像放映系统和方式相比，本发明所述的单机立体影像放映系统具有明显的经济廉价的优势。与现有技术中常见的采用液晶偏振结构的单机立体影像放映系统相比，本发明所述的单机立体影像放映系统和方式具有立体影像透光率高、左右眼立体影像分离性强的优
15势。本发明提供的各种实施例可根据需要以任意方式相互组合，通过这种组合得到的技术方案，也在本发明的范围内。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。
权利要求
1.一种立体影像放映系统，其特征在于，包括单个立体影像放映机，通过其放映口沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；偏振处理机构，其处于所述放映口的光路下游，并包括具有线偏振节段和过渡节段的线偏振片，所述线偏振片沿环形路线循环运动而使所述线偏振节段交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过所述放映口的光路下游并使所述过渡节段交替地沿所述第一方向经过所述放映口的光路下游以及沿所述第二方向经过所述放映口的光路下游，所述初始影像穿过所述线偏振片之后交替地形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；左、右偏振镜片，分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。
2.如权利要求1所述的立体影像放映系统，其特征在于，所述线偏振片包括，所述线偏振片沿环形路线旋转而使得所述线偏振节段和过渡节段交替地经过所述放映口的光路下游；优选地，所述过渡节段包括透明节段；和/或空白节段；和/或不透明节段；和/或黑色节段；和/或偏振过渡节段，其中所述偏振过渡节段的偏振方向垂直于所述线偏振节段的偏振方向。
3.如权利要求1或2所述的立体影像放映系统，其特征在于，所述线偏振节段的偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。
4.如权利要求1至3中任一项所述的立体影像放映系统，其特征在于，所述线偏振片包括多个所述过渡节段；和/或所述线偏振节段的长度大于或等于或小于所述线偏振片的长度的一半。
5.如权利要求1至4中任一项所述的立体影像放映系统，其特征在于，所述偏振处理机构包括四分之一波片，所述四分之一波片位于所述线偏振片的光路下游。
6.一种立体影像放映方法，其特征在于，包括以下步骤通过单个立体影像放映机沿其放映光轴线按照左右眼时序放映初始影像；对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振，以形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；以左、右偏振眼镜分别接收所述左、右眼偏振影像并将所述左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。
7.如权利要求6所述的立体影像放映方法，其特征在于，进一步包括所述的对所述初始影像交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振包括使线偏振节段循环运动而交替地沿垂直于所述放映光轴线的第一方向经过放映光路下游以及沿与所述第一方向相反的第二方向经过放映光路下游。
8.如权利要求6或7所述的立体影像放映方法，其特征在于，在所述沿左眼偏振方向的偏振与所述沿右眼偏振方向的偏振之间的时段，对于所述初始影像进行非偏振过渡处理，且所述非偏振过渡处理包括使所述初始影像穿过透明的结构；和/或将所述初始影像完全遮挡。
9.如权利要求6至8中任一项所述的立体影像放映方法，其特征在于， 所述左眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度，所述右眼偏振方向与所述第一方向或第二方向成45度。
10.如权利要求6至9中任一项所述的立体影像放映方法，其特征在于，进一步包括 对于交替地进行沿左眼偏振方向的偏振和沿右眼偏振方向的偏振之后的影像进行圆偏振处理。
全文摘要
本发明涉及影像显示技术，特别是立体影像放映系统和方法，能够高质量低成本地实现立体影像放映。立体影像放映系统包括单个立体影像放映机，通过放映口沿放映光轴线按左右眼时序放映初始影像；偏振处理机构，处于放映口光路下游，并包括具有线偏振节段和过渡节段的线偏振片，线偏振片沿环形路线循环运动而使线偏振节段交替地沿第一方向经过放映口光路下游以及沿与相反方向经过放映口光路下游并使过渡节段交替地沿第一方向经过放映口光路下游以及沿第二方向经过放映口光路下游，初始影像穿过线偏振片之后交替地形成具有相互垂直偏振方向的左、右眼偏振影像；左、右偏振镜片，分别接收左、右眼偏振影像并将左、右眼偏振影像分别传送到左、右眼。
文档编号H04N13/00GK102385239SQ20111030804
公开日2012年3月21日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者张淑英, 洪英基 申请人:江苏尚阳数字科技有限公司